CN109922570B - 串联灯光控制电路及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联灯光控制电路，其包括灯珠、分别和控制器电性连接的供电电路、充电控制电路及保护电路；供电电路内设置有电池，供电电路向灯珠供电；充电控制电路还与电池连接，当在串联灯光控制电路的输入/输出端口之间输入恒流负电压时，充电控制电路在控制器的控制下向电池充电；保护电路连接于串联灯光控制电路的输入端口与输出端口之间，当灯珠上的电压超过设定值或电池充电达到预设值时，保护电路短接串联灯光控制电路的输入端口与输出端口。发明的串联灯光控制电路不仅可实现对所有灯珠进行供电，还可对光珠进行开关及亮度调节，对整个电路进行充电等；从而扩展了整个电路的功能。本发明还公开了一种串联灯光控制系统。

Description

串联灯光控制电路及控制系统

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种串联灯光控制电路及控制系统。

背景技术

通常在许多特殊场合如隧道、机场跑道、高速公路等，需要在两侧长距离地布置几十甚至上百个相同的照明灯、指示灯。目前在这些场合常用的技术均为采用所有灯并联恒压供电的供电连接方式；这种供电连接方式，在不增加控制线的情况下，仅能有供电功能；而在只有供电线的情况下，只能对整条线路上的灯光单元进行整体供电、整体开关。另外，采用并联恒压供电方式时，整条线路上的所有灯光单元的电流将叠加，当需要并联的灯光单元数量越多时，线路上的电流将非常大，会产生明显的线路压降，即离供电电源近的灯光单元上的电压高，离电源远的灯光单元上的电压低，导致不同位置的灯光单元的亮度各异，从而照明与指示的效果大打折扣。

因此，有必要提供一种改进的可使各灯光单元的亮度一致的灯光控制电路及控制系统来克服上述缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种串联灯光控制电路，本发明的串联灯光控制电路不仅可实现对所有灯珠进行供电，还可对灯珠进行开关及亮度调节，对整个电路进行充电等；从而扩展了整个电路的功能。

为实现上述目的，本发明提供一种串联灯光控制电路，其包括灯珠、分别和控制器电性连接的供电电路、充电控制电路及保护电路；所述供电电路内设置有电池，所述供电电路向灯珠供电，以维持灯珠的持续照亮；所述充电控制电路还与所述电池连接，当在所述串联灯光控制电路的输入/输出端口之间输入恒流负电压时，所述充电控制电路在所述控制器的控制下向所述电池充电，以使所述电池可向所述灯珠供电；所述保护电路连接于所述串联灯光控制电路的输入端口与输出端口之间，当所述灯珠上的电压超过设定值或电池充电达到预设值时，所述保护电路短接所述串联灯光控制电路的输入端口与输出端口，以短接整个串联灯光控制电路。

较佳地，所述供电电路包括外部供电子电路与电池供电子电路；当在所述串联灯光控制电路的输入/输出端口之间输入恒流正电压时，所述外部供电子电路向所述灯珠供电；当所述控制器检测到所述串联灯光控制电路处于应急状态时，所述电池供电子电路向所述灯珠供电。

较佳地，所述串联灯光控制电路还包括控制信号检测电路，所述控制信号检测电路分别和保护电路及控制器电性连接，当所述电池向所述灯珠供电时，外部输入设定频率的正弦波信号至所述串联灯光控制电路，所述控制信号检测电路检测该正弦波信号的频率与控制器内设定频率的差别，以通过所述控制器控制所述灯珠的开/关。

较佳地，所述外部供电子电路包括所述外部供电子电路包括第一二极管及第二二极管；所述第一二极管的正极与所述串联灯光控制电路的输入端口连接，所述灯珠连接于第一二极管的负极与地之间；所述第二二极管的正极接地，其负极与所述串联灯光控制电路的输出端口连接。

较佳地，所述电池供电子电路包括第一电阻、第二电阻、第一三极管及第一场效应管；所述第一电阻与第二电阻串联连接，且所述第一电阻还与所述第一二极管的负极连接；所述第二电阻还与所述第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的发射极接地，其基极与控制器连接，以控制所述灯珠的开/关；所述第一场效应管的源极连接于第一电阻与第二电阻之间，其栅极与所述第一三极管的集电极连接；所述电池一端接地，另一端与所述第一场效应管的漏极连接。

较佳地，所述外部供电子电路还包括第三电阻与第三二极管，所述第三电阻分别与第一二极管的负极及第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极接地；当在所述串联灯光控制电路的输入端口与输出端口之间输入恒流正电压时，所述第三二极管的负极输出高电平至所述控制器。

较佳地，所述充电控制电路包括第四二极管、第五二极管、第六二极管、第四电阻、第五电阻、第二场效应管及第四三极管；所述第四二极管的正极与所述串联灯光控制电路的输出端口连接，其负极与所述第四电阻及第二场效应管的源极连接；所述第二场效应管的漏极与所述第五二极管的正极连接，所述第五二极管的负极与所述电池的一端连接，所述电池的另一端接地；所述第四电阻还与所述第二场效应管的栅极及第四三极管的集电极连接，所述第四三极管的发射极与第六二极管的正极均接地，第六二极管的负极与所述串联灯光控制电路的输入端口连接；所述第五电阻分别与所述控制器及第四三极管的基极连接，以控制对所述电池充电。

较佳地，所述充电控制电路还包括第七二极管及第六电阻；所述第七二极管的正极接地，其负极与所述控制器连接，以输出电平至所述控制器；所述第六电阻分别与所述第四二极管的负极、第七二极管的负极连接。

相应地，本发明还公开了一种串联灯光控制系统，其包括N个相互串联连接的串联灯光控制电路，且N为大于1的正整数；第1个所述串联灯光控制电路的输出端与第2个所述串联灯光控制电路的输入端连接，第2个所述串联灯光控制电路的输出端与第3个所述串联灯光控制电路的输入端连接，第N-1个所述串联灯光控制电路的输出端与第N个所述串联灯光控制电路的输入端连接，外部信号控制器与所述第1个所述串联灯光控制电路的输入端及第N个所述串联灯光控制电路的输出端连接。

较佳地，相邻两个所述串联灯光控制电路之间通过单芯导线连接。

与现有技术相比，本发明的串联灯光控制电路除了设置有充电电路外，还设置有控制器、充电控制电路及保护电路，使得不仅可实现对所有灯珠进行供电，还可对灯珠进行开关及亮度调节，对整个电路进行充电，对整个电路进行电池应急供电等，扩展了整个电路的功能；另外，在整个所述串联灯光控制系统中，当某一串联灯光控制电路发生异常时，该电路中的保护电路会短接其输入输与输出端口，不仅使得该电路从整个系统中断开，而且不会影响其它电路的正常使用，因此在不影响其它电路的前提下保护了本电路的元器件，提高了整个系统的使用寿命。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明串联灯光控制电路的结构框图。

图2为本发明串联灯光控制电路的供电电路的结构图。

图3为本发明串联灯光控制电路的充电控制电路的结构图。

图4为本发明串联灯光控制电路的控制信号检测电路的结构图。

图5为本发明串联灯光控制电路的保护电路的结构图。

图6为本发明串联灯光控制系统的结构框图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种联灯光控制电路，本发明的串联灯光控制电路不仅可实现对所有灯珠进行供电，还可对灯珠进行开关及亮度调节，对整个电路进行充电，对整个电路进行电池应急供电等；从而扩展了整个电路的功能。

请参考图1，图1为本发明串联灯光控制电路的结构框图。如图所示，本发明的串联灯光控制电路包括灯珠、分别和控制器电性连接的供电电路、充电控制电路、保护电路及控制信号检测电路。其中，在本发明的优选实施方式中，所述灯珠通常采用LED灯来实现，而所述控制器通常为MCU单片机；当然在具体实现本发明的过程中，并不限于此种选择。所述供电电路内设置有电池，所述供电电路向灯珠供电，以维持灯珠的持续照亮；从而可通过调节所述供电电路的电流而控制所述灯珠的亮度。所述充电控制电路还与所述电池连接，当在所述串联灯光控制电路的输入/输出端口之间输入恒流负电压时，即输入端口A接负端，输出端口B接正端，所述充电控制电路在所述控制器的控制下向所述电池充电，以使所述电池储存电能可向所述灯珠供电。所述保护电路连接于所述串联灯光控制电路的输入端口A与输出端口B之间，当灯珠上的电压超过设定值或电池充电达到预设值时，所述保护电路短接所述串联灯光控制电路的输入端口A与输出端口B，以短接整个串联灯光控制电路，从而保护整个电路。所述控制信号检测电路分别和保护电路及控制器电性连接，当所述电池向所述灯珠供电时，外部通过所述输入端口A与输出端口B输入设定频率的正弦波信号至所述串联灯光控制电路，所述控制信号检测电路检测该正弦波信号的频率与控制器内设定频率的差别，以通过所述控制器控制所述灯珠的开/关，从而实现对所述灯珠开/关的自动控制。

作为本发明的优选实施方式，所述供电电路包括外部供电子电路与电池供电子电路；当在所述串联灯光控制电路的输入/输出端口之间输入恒流正电压时，即输入端口A接正端，输出端口B接负端，所述外部供电子电路向所述灯珠供电；当所述控制器检测到所述串联灯光控制电路处于应急状态时，所述电池供电子电路向所述灯珠供电。具体地，请再结合参考图2，图2为本发明串联灯光控制电路的供电电路(电池供电)的结构图；如图2所示，所述外部供电子电路包括第一二极管D1及第二二极管D2；所述第一二极管D1的正极与所述串联灯光控制电路的输入端口A连接，所述灯珠LED0连接于第一二极管D1的负极与地之间；所述第二二极管D2的正极接地，其负极与所述串联灯光控制电路的输出端口B连接。从而在所述串联灯光控制电路的输入端口A与输出端口B之间接入正电压(输入端口A接正端，输出端口B接负端)时，所述第一二极管D1导通，外部输入的电流从输入端口A流入，通过第一二极管D1、灯珠LED0、第二二极管D2后从输出端口B流出，以实现对所述灯珠LED0的供电；从而可通过控制外部电流的大小来调节所述灯珠LED0的亮度。进一步地，所述外部供电子电路还包括第三电阻R3与第三二极管D3，所述第三电阻R3分别与第一二极管D1的负极及第三二极管D3的负极连接，所述第三二极管D3的正极接地；当在所述串联灯光控制电路的输入端口A与输出端口B之间接入正电压(输入端口A接正端，输出端口B接负端)时，所述第三二极管D3的负极形成的节点P2输出高电平至所述控制器，其中，所述第三二极管D3为稳压管；具体地，所述第三电阻R3的一端及稳压二极管D3的负极一起形成供电状态检测信号的输出节点P2，当有外部供电时，节点P2输出高电平至所述控制器。再有，所述电池供电子电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1及第一场效应管Q2；所述第一电阻R1与第二电阻R2串联连接，且所述第一电阻R1还与所述第一二极管D1的负极连接，所述第二电阻R2还与所述第一三极管Q1的集电极连接；所述第一三极管Q1的发射极接地，其基极与控制器连接，并形成节点P1，以控制所述灯珠LED0的开/关；所述第一场效应管Q2的源极连接于第一电阻R1与第二电阻R2之间，其栅极与所述第一三极管Q1的集电极连接；所述电池U1一端接地，另一端与所述第一场效应管Q2的漏极连接；当所述控制器检测到所述串联灯光控制电路处于应急状态时，也即，当所述控制器检测到整个电路未有外部供电(P2电平为低)且所述电池U1未进行充电时，所述控制器向节点P1输出高电平，所述第一三极管Q1、第一场效应管Q2全部导通，所述电池U1通过第一场效应管Q2与第一电阻R1对灯珠LED0供电，从而可有效防止外部意外断电而导致所述灯珠LED0熄灭的情况发生，保证可对所述灯珠LED0提供持续而稳定的供电。而当所述控制器通过节点P2输入的高电平检测到外部供电后，对节点P1输出低电平，所述第一三极管Q1、第一场效应管Q2不导通，关断电池U1供电，所述串联灯光控制电路转换成外部供电。

请再结合参考图3，图3为本发明串联灯光控制电路的充电控制电路的结构图。如图3所示，所述充电控制电路包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第四电阻R4、第五电阻R5、第二场效应管Q3及第四三极管Q4；所述第四二极管D4的正极与所述串联灯光控制电路的输出端口B连接，其负极与所述第四电阻R4及第二场效应管Q3的源极连接；所述第二场效应管Q3的漏极与所述第五二极管D5的正极连接，所述第五二极管D5的负极与所述电池U1的一端连接，所述电池U1的另一端接地；所述第四电阻R4还与所述第二场效应管Q3的栅极及第四三极管Q4的集电极连接，所述第四三极管Q4的发射极与第六二极管D6的正极均接地，第六二极管D6的负极与所述串联灯光控制电路的输入端口连接；所述第五电阻R5分别与所述控制器及第四三极管Q4的基极连接，并形成节点P3，以控制对所述电池U1充电。具体地，当在所述串联灯光控制电路的输入端口A与输出端口B之间接入负电压(输入端口A接负端，输出端口B接正端)，所述第六电阻R6的一端与第七二极管D7的负极形成充电状态检测输出节点P4，通过所述节点P4输出高电平至所述控制器，控制器控制关断电池U1供电并对节点P3输出高电平，使第四三极管Q4与第二场效应管Q3导通，输入端口A与输出端口B之间的电压通过第四二极管D4、第二场效应管Q3、第五二极管D5加到电池U1上，从而对电池U1进行恒流充电。

请再结合参考图4，图4为本发明串联灯光控制电路的控制信号检测电路的结构图。如图4所示，当外部供电断开时，所述串联灯光控制电路处于电池U1供电状态；此时可以通过在输入端口A与输出端口B上输入特定频率的正弦波信号控制所述灯珠LED0的开关，具体如图4所示；外部输入的正弦波信号通过变压器T1进行隔离、放大后进入比较器OPA，由节点P5输出为相同频率的方波信号至控制器进行频率检测，若检测到的频率与控制器内预先设置的一致，即可通过图2所示的供电电路中的节点P1来控制灯珠LED0的开/关，即实现对灯珠LED0的开/关控制。其中，所述控制信号检测电路的具体电路结成结构如图4所示，在此不再细述。

请再结合参考图5，图5为本发明串联灯光控制电路的保护电路的结构图。如上所述，所述保护电路的作用是当线路出现故障，即当灯珠LED0上的电压超过设定值时，保护电路短接所述串联灯光控制电路的输入端口A与输出端口B，以短接整个串联灯光控制电路。具体地，如图5所示，当灯珠LED0上的电压超过设定值时，稳压二极管D10就会导通，使晶闸管Q5导通，A、B端口之间接近于短路状态，电压降低至1V左右，以短路整个串联灯光控制电路，保护所述串联灯光控制电路的器件因高压被烧毁。另外，所述保护电路还可防止充电时电池U1过充而被损坏，具体地，当控制器内的数模转换器采集到电池U1电压达到预设值时，控制器将节点P6端口电压拉低，三极管Q6导通，外部电压Vdd通过二极管D11作用到晶闸管Q5的控制极使其导通，A、B端口之间被短接，失去充电电压，充电停止。其中，所述保护电路的具体电路结成结构如图5所示，在此不再细述。

相应地，本发明还公开了一种串联灯光控制系统，具体地，如图6所示，所述串联灯光控制系统包括N个如上所述的相互串联连接的串联灯光控制电路，其中N为大于1的正整数。第1个所述串联灯光控制电路的输出端B1与第2个所述串联灯光控制电路的输入端A2连接，第2个所述串联灯光控制电路的输出端B2与第3个所述串联灯光控制电路的输入端A3连接，第N-1个所述串联灯光控制电路的输出端B(N-1)与第N个所述串联灯光控制电路的输入端A(N)，外部信号控制器与所述第1个所述串联灯光控制电路的输入端A1及第N个所述串联灯光控制电路的输出端B(N)连接。且，做为本发明的优选实施方式，相邻的所述串联灯光控制电路之间通过单芯线连接，使得整个系统所需导线长度相对传统并联方式可以减少一半，降低了成本。

如上所述，本发明的串联灯光控制系统采用上述的串联灯光控制电路串联而成，不仅可实现对所有灯珠LED0进行供电，还可对光珠进行开关及亮度调节，对整个电路进行充电等，扩展了整个系统的功能；而且当发生故障时，通过每个串联灯光控制电路中的保护电路可以隔绝故障电路对整个系统的影响，使得整个系统运行更加稳定；而且本发明的串联灯光控制系统采用串联恒流控制的方式，线路上各个电路的电流大小一致，每个灯珠LED0的亮度也会一致，且线路上的电流仅为现有方案的1/N，可以使用更小截面积的导线进行布线，降低成本。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (9)

1.一种串联灯光控制电路，其特征在于，包括灯珠、分别和控制器电性连接的供电电路、充电控制电路及保护电路；所述供电电路内设置有电池，所述供电电路向灯珠供电，以维持灯珠的持续照亮；所述充电控制电路还与所述电池连接，当在所述串联灯光控制电路的输入/输出端口之间输入恒流负电压时，所述充电控制电路在所述控制器的控制下向所述电池充电，以使所述电池可向所述灯珠供电；所述保护电路连接于所述串联灯光控制电路的输入端口与输出端口之间，当所述灯珠上的电压超过设定值或电池充电达到预设值时，所述保护电路短接所述串联灯光控制电路的输入端口与输出端口，以短接整个串联灯光控制电路；还包括控制信号检测电路，所述控制信号检测电路分别和保护电路及控制器电性连接，当所述电池向所述灯珠供电时，外部输入设定频率的正弦波信号至所述串联灯光控制电路，所述控制信号检测电路检测该正弦波信号的频率与控制器内设定频率的差别，以通过所述控制器控制所述灯珠的开/关。

2.如权利要求1所述的串联灯光控制电路，其特征在于，所述供电电路包括外部供电子电路与电池供电子电路；当在所述串联灯光控制电路的输入/输出端口之间输入恒流正电压时，所述外部供电子电路向所述灯珠供电；当所述控制器检测到所述串联灯光控制电路处于应急状态时，所述电池供电子电路向所述灯珠供电。

3.如权利要求2所述的串联灯光控制电路，其特征在于，所述外部供电子电路包括第一二极管及第二二极管；所述第一二极管的正极与所述串联灯光控制电路的输入端口连接，所述灯珠连接于第一二极管的负极与地之间；所述第二二极管的正极接地，其负极与所述串联灯光控制电路的输出端口连接。

4.如权利要求3所述的串联灯光控制电路，其特征在于，所述电池供电子电路包括第一电阻、第二电阻、第一三极管及第一场效应管；所述第一电阻与第二电阻串联连接，且所述第一电阻还与所述第一二极管的负极连接；所述第二电阻还与所述第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的发射极接地，其基极与控制器连接，以控制所述灯珠的开/关；所述第一场效应管的源极连接于第一电阻与第二电阻之间，其栅极与所述第一三极管的集电极连接；所述电池一端接地，另一端与所述第一场效应管的漏极连接。

5.如权利要求3所述的串联灯光控制电路，其特征在于，所述外部供电子电路还包括第三电阻与第三二极管，所述第三电阻分别与第一二极管的负极及第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极接地；当在所述串联灯光控制电路的输入端口与输出端口之间输入恒流正电压时，所述第三二极管的负极输出高电平至所述控制器。

6.如权利要求4所述的串联灯光控制电路，其特征在于，所述充电控制电路包括第四二极管、第五二极管、第六二极管、第四电阻、第五电阻、第二场效应管及第四三极管；所述第四二极管的正极与所述串联灯光控制电路的输出端口连接，其负极与所述第四电阻及第二场效应管的源极连接；所述第二场效应管的漏极与所述第五二极管的正极连接，所述第五二极管的负极与所述电池的一端连接，所述电池的另一端接地；所述第四电阻还与所述第二场效应管的栅极及第四三极管的集电极连接，所述第四三极管的发射极与第六二极管的正极均接地，第六二极管的负极与所述串联灯光控制电路的输入端口连接；所述第五电阻分别与所述控制器及第四三极管的基极连接，以控制对所述电池充电。

7.如权利要求6所述的串联灯光控制电路，其特征在于，所述充电控制电路还包括第七二极管及第六电阻；所述第七二极管的正极接地，其负极与所述控制器连接，以输出电平至所述控制器；所述第六电阻分别与所述第四二极管的负极、第七二极管的负极连接。

8.一种串联灯光控制系统，其特征在于，包括N个相互串联连接的如权利要求1所述的串联灯光控制电路，且N为大于1的正整数；第1个所述串联灯光控制电路的输出端与第2个所述串联灯光控制电路的输入端连接，第2个所述串联灯光控制电路的输出端与第3个所述串联灯光控制电路的输入端连接，第N-1个所述串联灯光控制电路的输出端与第N个所述串联灯光控制电路的输入端连接，外部信号控制器与所述第1个所述串联灯光控制电路的输入端及第N个所述串联灯光控制电路的输出端连接。

9.如权利要求8所述的串联灯光控制系统，其特征在于，相邻两个所述串联灯光控制电路之间通过单芯线连接。

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